Bài giảng Kỹ thuật thủy khí: Chương 1 - TS. Phạm Thị Thanh Hương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

1
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Kỹ thuật thủy khí" Chương 1 - Khái quát chung, được biên soạn với các nội dung chính sau: Đối tượng nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu ứng dụng; sơ lược sự phát triển của TKĐLHUD; tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật thủy khí: Chương 1 - TS. Phạm Thị Thanh Hương

BÀI GIẢNG HỌC PHẦN TE2601/3602 - KỸ THUẬT THỦY KHÍ TS. PHẠM THỊ THANH HƯƠNG * 0912787393 * huong.phamthithanh@hust.edu.vn
MỤC TIÊU – ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC PHẦN 01 Quy luật cân bằng - chuyển động của chất lỏng 05 01 ĐÁNH GIÁ 02 Quy luật tương tác về lực KẾT QUẢ 04 QT(0.4)-CK(0.6) 02 MỤC TIÊU 03 HỌC PHẦN 03 03 Lực tác dụng của chất lỏng lên thành rắn Thi GK (TL/TN) 90/60 phút 04 Ứng dụng quy luật vào sản xuất đời sống
Fluid Mechanics - J.F. Douglas. Fundamentals of Fluid Mechanics - Philip M Gerhart. Third edition. Longman 1996 Second edition. AWPC 1993 GIÁO TRÌNH TÀI LIỆU THAM KHẢO Lương Ngọc Lợi, Nguyễn Hữu Chí, Cơ học thủy khí ứng Một nghìn bài tập dụng. Thuỷ khí động lực Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận, Nguyễn Thạc Tân, học ứng dụng. NXB Bách khoa 2011 Thủy lực và Máy thủy lực. NXB Giáo dục -1998 NXB ĐH và THCN -1970
NỘI DUNG HỌC PHẦN TE2601/3602 Chương1 Khái quát chung Chương 6 Chuyển động một chiều của chất khí Chương 2 Tĩnh học chất lỏng Chương 7 Thuỷ lực đường ống Chương 3 Động học chất lỏng Chương 8 Thứ nguyên-tương tự Chương 4 Động lực học chất lỏng Chương 9 Sơ lược về Máy thủy lực Chương 5 Chuyển động một chiều của chất lỏng không nén được
Đối tương NC: chất lỏng (dạng/thể, tính chất đặc trung) QL cân bằng/chuyển động của chất lỏng (tĩnh/động) Ứng dụng KTTK qua các thời kỳ lịch sử Phân biệt ngoại lực tác dụng Bài tập ứng dụng trong thực tế Hiểu - Ứng dụng
CHẤT LỎNG NÉN ĐƯỢC LỎNG – CỨNG Lỏng: p > 100at nước - đất ở sông… Khí – hơi: (t, p) cao, v tương đối lớn THỂ LỎNG – KHÍ HỖN HỢP xăng - khí trong máy nổ… CHẤT 1.1.1 KHÍ – CỨNG THỂ LỎNG ĐỐI TƯỢNG khí - mùn cưa… HƠI – KHÍ NGHIÊN CỨU CHẤT CHẤT LỎNG PHI NEWTON LỎNG dầu thô, mỡ, sơn, nhựa, hồ, THỂ THỰC cháo, kem răng nhão LỎNG ≠0 CHẤT LỎNG NEWTON CHẤT LỎNG KHÔNG NÉN ĐƯỢC CHẤT du =0 =const;  =  LỎNG Khí: v = 0,33 a  = const dn LÝ TƯỞNG Lỏng/khí: (t,p) tiêu chuẩn, v không lớn  𝑲=  𝑪= 0
1.1.2 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 1.1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 01 TĨNH HỌC (QL cân bằng) 01 LÝ THUYẾT ✓ Coi môi trường chất lỏng liên tục, đồng chất, đẳng hướng. 02 ĐỘNG HỌC (QL chuyển động) ✓ Tách thể tích chất lỏng VCB Nghiên cứu các lực tác dụng Tích phân (toàn bộ môi trường) 03 ĐỘNG LỰC HỌC ✓ Áp dụng các nguyên lý cơ bản/ ✓ QL CĐ - xét nguyên nhân tổng quát của cơ học ✓ Tương hỗ giữa chất lỏng và thành rắn bao quanh 02 NGHIÊN CỨU SỐ 03 THỰC NGHIỆM 04 CÁC CHUYÊN ĐỀ (UD thực tế) 04 BÁN THỰC NGHIỆM 7
CÔNG CỤ TOÁN HỌC NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT →p = p → p → p → grad p =  2  p   p   + 2  p   + 2 1 grad i+ j+ k  x   y   z   x y z       → → u div u = . u = x + uy + uz 2 x y z u → u → u → →  = u = x i + y j+ z k = grad u 3 2 2 2 u  x  u y  uz → → → Δ u = u.u = u2 = + + = Δu i + Δu j + Δu k x 2 y 2 z 2 x y z 4 i j k → → u u u → → →  u z  u y  →   u x u z  →   u y  u x  →     j +  rot u =   u = x x x = rot u + rot u + rot u =  x y z  y  − z   i +   z − x    x  − y   k 5 u u u x y z → u Δxu u (x + Δ x ; y; z ) − u (x; y; z ) = lim = lim 6 du u u dx u dy u dz  x Δ x→0 Δ x Δ x→0 Δx = + + + dt  t  x dt  y d t  z dt u Δyu u (x ; y + Δ y; z ) − u (x; y; z ) = lim = lim  y Δ y→0 Δ y Δ y→0 Δy 7 p p p u (x ; y; z + Δ z ) − u (x; y; z ) dp = dx + dy + dz u = lim Δzu = lim x y z  z Δ z→0 Δ z Δ z→0 Δz
CÔNG PHUN NGHIỆP CẤP THOÁT 02 1.1.4 KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ NĂNG ỨNG ĐỜI SỐNG SINH HỌC LƯỢNG SẢN XUẤT DỤNG KTTK THỦY .V.V. LỢI GIAO THÔNG KHÍ TƯỢNG VẬN TẢI THỦY VĂN
TKKT TRONG CÔNG NGHỆ SINH HỌC ✓ Mô phỏng tuần hoàn máu trong cơ thể: Tim liên tục bơm máu tới các bộ phận cơ thể thông qua động và tĩnh mạch. ✓ Mô phỏng sự trao đổi khí ở Phổi-hệ hô hấp trong cơ thể. ✓ Thiết kế máy thở, máy trợ tim nhân tạo, hệ thống lọc máu …. M.Poiseuille (Pháp) - thày thuốc đầu tiên nghiên cứu hiện tượng chảy tầng của máu trong các mạch máu
THỦY KHÍ KỸ THUẬT ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ÔTÔ Bộ chế hòa khí ✓ Tất cả các thành phần liên quan đến vận chuyển nhiên liệu từ thùng đến các xi lanh: Nguồn nhiên liệu, Bơm (phun), Bộ chế hòa khí, Trộn nhiên liệu và khí ở xi-lanh; thanh lọc khí đốt ở ống xả… ✓ Hệ thống điều hòa không khí ✓ Phanh thủy lực ✓ Trợ lực lái điện ✓ Hệ thống bôi trơn, làm mát… ✓ Lốp xe … ✓ Hình dáng/kiểu cách … Hệ thống bôi trơn Hệ thống nhiên liệu
1.2 SƠ LƯỢC PHÁT TRIỂN THỦY LỰC Jukovxki Prandtl W.Wright (1847-1921) 1875-1953 (1867-1912) Aristotle Archimedes (384-322 BC) (287-212 BC) Isaac Newton Venturi D. Bernoulli L.Euler Lomonoxov d'Alembert (1642-1727) (1700-1782) (1707-1783)(1711-1765) (1717-1783) (1746-1822) CỔ XƯA TK18-19 O.Wright TK16 NAY (1871-1948) TK17-18 TK 15 L.Da Vinci S.Stevin G.Galilée E.Torricenlli B.Pascal C.Huygens L.Lagrange H. Helmholtz H. Navier G. Stokes Reynolds E. Mach (1452-1519) (1548-1620) (1564-1642) (1608-1647) (1623-1662) 1629-1695 (1736-1813) (1821-1894) 1785-1836 (1819-1903) (1838-1916) (1842-1912) 12
THỦY LỰC TRONG THỜI ĐẠI NGÀY NAY Tupolev Tu-160 Nhóm Vietwings & HNParagliding dù lượn Tupolev Tu-95 thường xuyên trên núi cao 215m, 500m Máy bay có 7 phi hành gia Máy bay có 4 phi hành gia Yanagisawa (Nhật (ThạchThất-HN ) L= 49,5m; sải cánh 51,1m L= 54,1m; sải cánh 55,7m; Bản) đã sáng chế trực diện tích bề mặt cánh thăng nhỏ nhất thế Vmax = 925 km/h giới: M=74 kg;tầm bay 400m2; cao H=13,1m Tầm bay:15000 km xa 150 mét; bay thử Vmax = 22250km/h Trần bay 12000 m tại nơi sinh của Tầm/trần bay:14000/1500km Leonardo Da Vinci để Trọng lượng vũ khí max: 15 tấn T.lượng vũ khí max: 40 tấn bày tỏ lòng tôn kính 1 hoặc 2 khẩu pháo AM-23 cỡ 1 hoặc 2 khẩu pháo AM-23 với ý tưởng sơ khai nòng 23 mm ở phía đuôi cỡ nòng 23 mm ở phía đuôi của thiên tài. ▪ Ngành kỹ thuật cơ giới hóa/ tự dộng hóa: nhu cầu ứng dụng thủy lực rất cao. ▪ Học phần Kỹ thuật thủy khí/thủy lực được đưa vào giảng dạy có hệ thống Ôtô bay chở 4 người, trong CTĐT ngành kỹ thuật của bậc đại học. bay tối đa hơn 480 km/h
1.3.1 TÍNH CHẤT VẬT LÝ CHUNG CỦA CHẤT LỎNG ✓ Khoảng cách phần tử nhỏ→hút nhau, Hình dạng ✓ Khoảng cách >> kích thước phần tử tạo khối → khả năng chống nén lớn vật chứa (bỏ qua thể tích lực LK các phần tử) (Chất lỏng không nén được) hoàntoàn không chốngđược lực kéo (t0 cao, p thấp) ✓ Môi trường liên tục, đồng chất, đẳng tính chất cơ lý (Chất lỏng nén được) hướng (coi các đặc trưng (v, p…) là của chất khí và ✓ Môi trường rời rạc (giả thiết môi hàm liên tục và khả vi của tọa độ điểm chất lỏng hoàn trường liên tục) (phân tử) và thời gian toàn giống nhau ✓ Điền đầy không gian chứa nó, thu ✓ Tính di động cao, có mặt thoáng, khả nhỏ thể tích dưới áp suất cao năng chống biến dạng trượt kém
𝐻2 𝑂 1 𝐸 𝐻2 𝑂 = 2,03.109 N/𝑚2 𝐻2 𝑂 1 𝛽 𝑝(𝑡≤20℃) = 10−6 𝑚2 Τ 𝑁 𝛽 𝑝(500𝑎𝑡;100℃) = 10−6 𝑚2 Τ 𝑁 210 1 250 E= ( 𝑁 Τ 𝑚2 ) 𝛽𝑝 1 𝑑𝑉 1 𝑑𝑉 𝛽𝑡 = 1/0 𝐾 𝑣ĩ độ ∅=50° 𝛽𝑝 = − 𝑚2 Τ 𝑁 𝑉0 𝑑𝑇 𝑉0 𝑑𝑝 4 𝑔 𝑣ĩ = 9,80665 𝑡𝑢𝑦ế𝑛 𝐺 3 GIÃN 𝜇 𝑘𝑘 = 18. 10−6 P ≈ 9,81 𝑚/𝑠 2 𝛾 = 𝜌𝑔 = (𝑁/𝑚3 ) NÉN NỞ 𝜇 𝐻2 𝑂 = 1. 10−2 P 𝑉 ĐƯỢC 𝑣ĩ độ ∅=0° 𝑔 𝑥í𝑐ℎ đạ𝑜 = 9,78 𝑚/𝑠 2 2 𝜇 𝐻2 𝑂 = 57 𝜇 𝑘𝑘 TRỌNG 𝑔 𝑣ù𝑛𝑔 = 9,832 𝑚/𝑠 2 1P=100 cP = 10−1 𝑁𝑠/𝑚2 𝑐ự𝑐 LƯỢNG T μ= 𝑑𝑢 𝑁𝑠/𝑚2 , (P) TỶ 5 𝑆 𝑑𝑛 TÍNH TRỌNG/KHỐI 1 NHỚT 𝜇 𝑚2 𝜌𝐿 𝜗= , (𝑆𝑡) 𝛿= KHỐI 𝜌 𝑠 𝜌 𝐻2 𝑂(4℃) LƯỢNG 𝜗 𝑘𝑘 = 15. 10−2 St 𝜌𝐾 𝜗 𝐻2 𝑂 = 1. 10−2 St 1𝑆𝑡 = 1 𝑐𝑚2 /𝑠 = 10−4 𝑚2 /𝑠 𝛿= 𝑀 𝜌 𝐾𝐾 (15℃) 𝜌= (𝑘𝑔/𝑚3 ) 𝜗 𝑘𝑘 = 15 𝜗 𝐻2 𝑂 1St = 100 cSt 𝑉
Thí nghiệm: TÍNH NHỚT THÍ NGHIỆM NEWTON ✓ Tấm phẳng I cố định, (II) trượt (S) VỀ LỰC NHỚT (1687) ✓ h - chiều cao lớp chất lỏng mỏng (h
TÍNH NHỚT THÍ NGHIỆM KUET ✓ Hai bình trụ tròn đồng trục lồng vào nhau có chiều cao h VỀ LỰC NHỚT Khoảng hở e giữa 2 bình chứa đầy dầu (e
TÍNH NHỚT ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ, ÁP SUẤT ĐỐI VỚI ĐỘ NHỚT 1 0,01775 Chất lỏng: (, )  𝑝, ϑ H2 O t = 𝑐𝑚2 Τ 𝑠 (Công thức Poazoi) 𝑡 1 + 0,0337 t + 0,000221 t 2 1 Chất khí: (, )  𝑡, 𝑘 𝑝 20 𝜇 𝑑ầ𝑢(𝑡) = 𝜇20 k – số mũ tùy thuộc loại dầu (tra bảng) Ảnh hưởng nhất ở (tthấp, pcao) 𝑡  - hệ số nhớt ở p(at)=1at Trong CN: độ nhớt chuẩn ở 500C 𝜗 𝑑ầ𝑢 𝑝 = 𝜗 1+ 𝐾 𝑝 𝑐𝑚2 Τ 𝑠 K - hệ số  loại chất lỏng Hệ thống truyền động 𝜗 𝑑ầ𝑢 𝑘ℎ𝑜á𝑛𝑔 𝑠ả𝑛 = 𝜗 1 + 0,003 𝑝 lưu lượng rò rỉ (do CN) tăng khi p tăng Dầu khoáng sản: p tăng từ (0  1500) at →  tăng 17 lần độ nhớt tăng theo, chất lỏng khó rò rỉ p = 4000at →  tăng hàng trăm lần p = (15000  20000) at → dầu biến thành chất rắn Lựa chọn dầu trong HTTĐ thủy lực Dầu bôi trơn: p tăng từ (1300)at →  tăng 2 lần 𝜗 nhỏ (loãng) → giảm ma sát (khi v lớn) 𝜗 lớn (đặc) → giảm tổn thất (khi p lớn) p tăng từ (13000)at →  tăng 10 lần
ĐO ĐỘ NHỚT CHẤT LỎNG (ĐỘ NHỚT LỚN HƠN NƯỚC) - MÁY ENGƠLE Cấu tạo máy ✓ Bình trụ kim loại (1) chứa chất lỏng, đáy hình cầu, đặt trong bình chứa nước (2) có thể điều chỉnh nhiệt độ; ✓ Ống đồng thau h.trụ (3) gắn vào đáy bình (1), có khóa tháo chất lỏng. ✓ Ống bạch kim h.nón (4) đặt trong lỗ ống trụ (3) để xả chất lỏng bình (1) Lỗ của ống (4) được đóng bằng thanh đặc biệt có đường kính 3 mm Xác định độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ T ✓ Rót 200cm3 chất lỏng vào bình 1, giữ đúng nhiệt độ cần thiết T ✓ Đo thời gian chảy t2 của 200 cm3 chất lỏng qua lỗ đáy ✓ Đo thời gian chảy t1 của 200 cm3 nước tinh khiết ở 200C (khoảng t=(5052)s 𝑡1 nhớt kế ✓ Tỷ số: = °𝐸 − Độ nhớt Engơle 1 𝑡2 𝜗 = 0,0731 °𝐸 − 0,0631 (St) đk 2,8mm °𝐸 BT1.9 Đo độ nhớt của dầu mỏ bằng máy Engơle, ta thấy: thời gian chảy hết (200 cm3 nước - t1 = 51,2 s; 200 cm3 dầu mỏ - t2 = 163,4 s). Xác định độ nhớt động  của dầu mỏ? ĐS: 0,224 St
TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA MỘT SỐ CHẤT LỎNG – THỨ NGUYÊN – ĐƠN VỊ ĐO Nhiệt Ápsuất Nhiệt Nước Không khí TT Tên gọi   (kg/m3)  (N/m3) độ(0C) (at) 1 Nước ngọt 1000 9810 1 4 1 độ     Tiêu chuẩn (oC) (Pas.103) 𝑚2 (Pas.103) 𝑚2 2 Xăng 700750 68607358 0,7 0,75 16 ( .104) ( .104) 𝑠 𝑠 3 Dầu madut 890920 87319025 0,890,92 15 4 Thủy ngân 13550 132926 13,55 15 0 179,2 1,792 1,724 13,33 5 Cồn 800 7848 0,8 0 10 130,7 1,307 1,773 14,21 6 Không khí 1,2928 12,680 0 1 20 100,2 1,004 1,822 15,12 7 Không khí 1,127 11,060 27 1 30 79,7 0,801 1,869 16,04 K.Khí khô 40 65,3 0,658 1,915 16,98 8 t.chuẩntrên 1,225 12,020 15 1 mặt biển 9 Hydro 0,0899 0,882 0 1